Обоснование использования уран-эрбиевого топлива РБМК и сопровождение его внедрения на АЭС

• Автор: Федосов, Александр Михайлович
• Шифр специальности: 05.14.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 287 с. : ил.

Введение

Проблемы повышения безопасности и экономичности РБМК обзор

Глава 1. Физика парового коэффициента эффекта реактивности.

1.1 Паровой коэффициент реактивности бесконечной решетки.

1.2 Зависимость парового коэффициента реактивности от выгорания топлива

1.3 Зависимость коэффициента размножения нейтронов однородной решетки

от плотности воды

1.4 Изменение характеристик по высоте активной зоны. Связь между аф и эффектом обезвоживания.

1.5 Коэффициенты реактивности и нестабильность энергораспрсдслсния.

1.6 Способы воздействия на паровой коэффициент реактивности

1.7 Влияние структуры загрузки на коэффициенты реактивности

1.8 Влияние распределения запаса реактивности на паровой коэффициент и другие характеристики РБМК.
1.9 Оптимизация поканального распределения расходов теплоносителя
1. Роль парового эффекта реактивности в Чернобыльской аварии.
Выводы к главе 1.
Глава 2. Поиск оптимального способа уменьшения парового эффекта реакгивности. Разработка уранэрбиевого топлива
2.1 Изменение характеристик РБМК в результате мероприятий
по повышению безопасности
2.2 Классификация способов воздействия на паровой коэффициент реактивности и эффект обезвоживания ТК.
2.3 Методическая база для сравнения вариантов
2.3.1 Расчет ячейки реактора и подготовка двухгрупповых констант.
2.3.2 Одномерная модель для расчета коэффициентов и эффектов реакгивности программа .
2.3.3 Трехмерная модель расчета коэффициентов и эффектов реактивности программа .
2.4 Сравнение различных способов уменьшения парового эффекта реактивности в действующих реакторах.
2.4.1 Повышение обогащения топлива.1.
2.4.2 Повышение плотности топлива1.
2.4.3 ТВС из твэлов плотные пучки.
2.4.4 Увеличение диаметра твэлов и канала
2.4.5 Использование стали в конструкции ТВС
2.4.6 Резонансные поглотители вне топлива
2.4.7 Уранплутониевое топливо.
2.4.8 Использование тория
Выводы к п.2.4.
2.5 Выбор выгорающего поглотителя для топлива РБМК.
2.5.1 Сравнение гадолиния и бора.
2.5.2 Изучение влияния выгорающих поглотителей на эффект обезвоживания РБМК. Выбор эрбия
2.5.3 Свойства эрбия.
2.5.4 Оптимальное размещение эрбия в ТВС.
Выводы к главе 2.
Глава З.Работы по обеспечению внедрения и сопровождению эксплуатации уранэрбиевого топлива
3.1 Выбор обогащения топлива и содержания эрбия
3.2 Выбор размеров опытных партий и обоснование безопасности
их загрузки
3.3 Моделирование и оптимизация процесса перевода РБМК
на уранэрбиевое топливо.
3.3.1 Методика расчетов
3.3.2 Оптимизация темпа и порядка вьпрузки ДП.
3.3.3 Изменение характеристик реактора в переходном периоде.
3.3.4 Проверка эффективности замены ДП на эрбий расчетами методом МонтеКарло.
3.4 Разработка стратегии и научнотехническое сопровождение перевода реакторов РБМК на уранэрбиевое топливо.
3.4.1 Этапы перехода на уранэрбиевое топливо.
3.4.2 Научнотехническое сопровождение внедрения эрбия.
3.5 Анализ аварий реактора с уранэрбиевым топливом.
3.6 Сочетание перехода на уранэрбиевое топливо с другими мероприятиями по совершенствованию активных зон РБМК
3.6.1 Кластерные и кобальтовые ДП.
3.6.2. Циркониевые дистанционирующие решетки
3.6.3 Стержни с ленточным поглотителем сборка
3.6.4 Стержни КРО.
3.6.5 Снижение оперативного запаса реактивности.
3.6.6 Роль уранэрбиевого топлива в обеспечении других мероприятий
по совершенствованию активной зоны РБМК.
3.7. Повышение обогащения уранэрбиевого топлива
3.8 Экономическое обоснование внедрения уранэрбиевого топлива
3.8.1 Зависимость стоимости ТВС от обогащения.
3.8.2 Экономический эффект для стационарного режима перегрузок
3.8.3 Изменение экономического эффекта в процессе перехода на
ураиэрбиевое топливо
3.8.4. Оценка общего эффекта от внедрения уранэрбиевого топлива
Выводы к главе 3.
Глава 4. Анализ опыта эксплуатации уранэрбиевого топлива и дальнейшие перспективы применении выгорающих поглотителей в РБМК.
4.1 Игиалинская АЭС
4.2 Ленинградская АЭС
4.3 Курская АЭС
4.4 Смоленская АЭС.
4.5 Общие итоги внедрения уранэрбиевого топлива на энергоблоках
с РБМК
4.6 Характеристики реактора при изменении мощности. Сокращение времени простоя после внепланового останова
4.7 Дальнейшее повышение выгорания топлива в РБМК. Профилирование обогащения и содержания эрбия
4.8 Уранплутониевое топливо для РБМК с эрбием и другими выгорающими
поглотителями
Выводы к главе 4.
Глава 5. Оптимальное использование топлива на разных этапах жизненного цикла РБМК
5.1 Этапы жизненного цикла реактора РБМК.
5.2 Оптимальное дожигание топлива в начальном переходном периоде
5.2.1 Обзор литературы.
5.2.2. Аналитическое решение задачи о расходе топлива
в переходном периоде.
5.2.3. Оценка максимального эффекта от дожигания топлива.
5.2.4. Оптимизация режима дожигания
Выводы к п.5.2.
5.3. Эффективное использование топлива при смене загрузки
5.3.1 Дожигание ранее выгруженного топлива без эрбия при переходе на уранэрбиевое топливо
5.3.2 Использование ОТВС при ограничениях на срок службы сборок с
уранэрбиевым топливом.
Выводы к п.5.3.
5.4 Оптимальное использование топлива при выводе реакторов
из эксплуатации
5.4.1. Использование топлива остановленного первого блока ИАЭС на втором блоке
5.4.2 Оптимальное использование топлива при выводе АЭС с РБМК
из эксплуатации.
Выводы к п.5.
Выводы к главе
Заключение
Список литературы


В процессе работы реактора, особенно в переходных режимах, меняются характеристики реактора мощность или энерговыделение в отдельных областях реактора, температуры материалов, плотность теплоносителя, концентрации наиболее сильно поглощающих осколков таких, как 5Хе и другие параметры. При этом меняется пространственноэнергетическое распределение нейтронов, скорости реакций поглощения и деления в разных компонентах активной зоны, утечка нейтронов и т. В конечном счете, меняется коэффициент размножения нейтронов и, соответственно, реактивность. В современных расчетных программах, используемых для моделирования нестационарных процессов, макросечения деления и поглощения в расчетных узлах непосредственно зависят от локальных характеристик температур, плотностей и т. Однако, для физической интерпретации исследуемых процессов часто используются понятия коэффициентов реактивности. Строго говоря, коэффициенты реактивности по определенным параметрам имеют смысл только в приближении точечной кинетики, когда изменениями пространственных распределений данных параметров и потока нейтронов можно пренебречь, а пространственные и временная переменные разделяются. Тем не менее, в практике эксплуатации даже таких сложных объектов, каким является реактор РБМК, используются коэффициенты реактивности паровой, быстрый мощностной, по температуре топлива, по температуре графита. Коэффициенты реактивности, в частности, входят в набор паспортных характеристик, которые контролируются в процессе эксплуатации ,. В РБМК коэффициенты реактивности сами являются сложными функциями пространственно распределенных характеристик и нолей нейтронов. Поэтому, зная коэффициенты реактивности в определенном состоянии реактора, порой нельзя точно предсказать его поведение даже в ближайшие секунды, не говоря уже о более длительных временных интервалах. С учетом этого коэффициенты реактивности имеют скорее иллюстративный характер, чем реально применяются при анализе переходных режимов и аварий. И все же коэффициенты реактивности в РБМК не теряют своего значения, не только потому, что являются контролируемыми расчетными величинами, но и потому, что некоторые из них непосредственно измеряются в процессе эксплуатации. Исторически так сложилось, что среди всех коэффициентов реактивности РБМК наибольшую известность приобрел паровой коэффициент реактивности. Особая роль парового коэффициента реактивности определяется его сильным влиянием на динамику реактора, а также большой чувствительностью к конструкции и составу активной зоны, что позволяет управлять этой характеристикой. Большая положительная величина этого коэффициента сыграла свою роковую роль в Чернобыльской аварии. Паровой коэффициент реактивности это комплексная характеристика реактора, зависящая от многих факторов и влияющая на поведение реактора в переходных режимах и аварийных ситуациях. Вообще говоря, паровой коэффициент интегральная характеристика всей активной зоны, т. Однако, учитывая сложность структуры активной зоны РБМК, большие физические размеры и неоднородность свойств в объеме реактора, зависимость реактивности от многих параметров, в некоторых случаях для анализа удобно ввести понятие локального коэффициента реактивности. Однако, влияние различных факторов на паровой коэффициент реактивности удобно анализировать с использованием понятия локального коэффициента реактивности. Заметим, что для физически больших слабо связанных систем, чем является РБМК, иногда применяют понятие локальной критичности, узаконенной даже в ПБЯ . Локальный паровой коэффициент реактивности можно определить для различных элементов структуры активной зоны. Наиболее логично рассмотреть локальный коэффициент для ячейки топливного канала сам канал графитовый блок и полиячейки периодичности 4x4 канала. Для понимания физических процессов, определяющих величину и знак парового коэффициента реактивности, можно воспользоваться упрощенными моделями. Проигрывая в точности прецизионным расчетам, такие модели дают правильную качественную оценку влияния различных факторов на исследуемую величину. Для оценки парового коэффициента реактивности воспользуемся классической формулой четырех сомножителей для коэффициента размножения бесконечной решетки Коо и понятием длины миграции для описания утечки. К К 2 1.